Quando le radiazioni ionizzanti attraversano i tessuti viventi, interagisce con le molecole presenti nelle cellule, sottraendo elettroni e producendo specie cariche note come ioni. Le radiazioni ionizzanti utilizzate per il trattamento del cancro includono raggi gamma, Raggi X e particelle energetiche come i raggi alfa e beta.

Gli elettroni prodotti da questo processo, noti come elettroni secondari, possono continuare a provocare ulteriori scompiglio, provocando cambiamenti ancora più drammatici. Questa settimana in Giornale di Fisica Chimica , un gruppo di ricercatori riporta studi sull'impatto degli elettroni secondari su un modello di DNA.

Le misurazioni sono state effettuate in un ambiente in fase condensata. Rispetto agli esperimenti di elettrone-molecola isolati, le misurazioni in fase condensata vengono effettuate in condizioni più vicine a quelle riscontrate nei tessuti viventi. I risultati saranno utilizzati per calcolare con precisione il danno e la dose di radiazioni somministrate ai pazienti in radioterapia, quando le cellule cancerose vengono bombardate con radiazioni ionizzanti.

Gli elettroni secondari sono le specie più importanti create dalle radiazioni ionizzanti nei tessuti viventi. Questi "elettroni a bassa energia, " o LEE, interagiscono con molecole biologiche, a volte rompendoli in frammenti. Una delle molecole interessate è l'acido desossiribonucleico, o DNA, la molecola che porta il codice genetico. Il lungo, La molecola di DNA a catena è costituita da una scala di coppie di basi collegate tra loro attraverso un gruppo desossiribosio fosfato.

Il modo preciso in cui i LEE interagiscono con porzioni della molecola di DNA, le basi stesse o lo scheletro di fosfato, non è ancora stato compreso con precisione, sebbene i LEE abbiano abbastanza energia per iniziare le rotture del filamento di DNA. Questo può influenzare la funzione cellulare, portando a mutazioni e persino alla morte cellulare. Nel report di questa settimana, i ricercatori hanno impiegato una molecola modello nota come dimetilfosfato, o DMP, studiare l'interazione dei LEE con lo scheletro fosfatico del DNA.

Nuovi metodi di radioterapia, attualmente in fase di sviluppo, può indirizzare con precisione la radiazione a specifiche cellule tumorali o persino a posizioni specifiche all'interno di tali cellule. Questo metodo, nota come terapia mirata con radionuclidi, o TRT, prevede l'uso di molecole marcate con atomi radioattivi che vengono iniettate nei pazienti e localizzate nelle cellule tumorali. Una volta sul posto, le molecole radioattive producono radiazioni ionizzanti all'interno o vicino alle cellule cancerose. Questa radiazione va quindi a generare LEE localizzati.

Una parte importante del metodo TRT prevede simulazioni al computer utilizzate per prevedere le interazioni dei LEE con la materia biologica e la quantità di radiazioni assorbite dalle biomolecole o dalle cellule mirate. Uno dei parametri chiave in questi modelli di simulazione sono le sezioni trasversali assolute, che danno la probabilità di interazione tra un singolo LEE e una molecola bersaglio. Il lavoro qui riportato rappresenta la prima misurazione diretta delle sezioni trasversali assolute per l'unità fosfato nel DNA, valori necessari per calcolare le rotture di filamenti indotte dai LEE.

Il DNA presente in un sistema vivente è circondato da acqua e altri tipi di molecole, quindi studiare questi processi in un ambiente più realistico è particolarmente desiderabile. Nel lavoro futuro, il DNA sarà incorporato in acqua e ossigeno molecolare, noto per sensibilizzare le cellule alla radioterapia.